El tibur\u00f3n de dibujos animados pintado en la mano de este investigador puede parecer un juguete, pero tambi\u00e9n es un electrodo m\u00e9dico en funcionamiento. Investigadores han desarrollado una tinta conductora que se puede aplicar directamente sobre la piel, donde se seca formando un sensor delgado que sigue las microestructuras cut\u00e1neas. Conectados a un m\u00f3dulo inal\u00e1mbrico reutilizable, los electrodos pintados registraron se\u00f1ales el\u00e9ctricas del coraz\u00f3n, los m\u00fasculos y el cerebro durante varias pruebas de concepto.<\/p>\n\n\n\n
La tinta tambi\u00e9n se puede mezclar con colorante alimentario y utilizar para pintar objetos, s\u00edmbolos u otros dise\u00f1os personalizados. Este elemento decorativo es m\u00e1s que un simple truco. Los investigadores sugieren que los sensores con un aspecto menos cl\u00ednico podr\u00edan hacer que la monitorizaci\u00f3n prolongada sea m\u00e1s aceptable, especialmente para ni\u00f1os y personas que se sienten inc\u00f3modas usando parches m\u00e9dicos visibles.<\/p>\n\n\n\n
Los m\u00e9dicos e investigadores utilizan electrodos para detectar las d\u00e9biles se\u00f1ales el\u00e9ctricas que produce el cuerpo. El ejemplo cl\u00e1sico es el electrocardiograma (ECG), que mide la actividad card\u00edaca. La electromiograf\u00eda (EMG) registra las contracciones musculares. Y la electroencefalograf\u00eda (EEG) monitoriza la actividad el\u00e9ctrica del cerebro.<\/p>\n\n\n\n
Los electrodos cl\u00ednicos est\u00e1ndar suelen utilizar contactos met\u00e1licos y geles adhesivos. Funcionan bien cuando el paciente permanece inm\u00f3vil (por ejemplo, en un hospital), pero el movimiento, el sudor y el vello corporal pueden debilitar el contacto entre el electrodo y la piel. Por ello, los investigadores han estado buscando alternativas.<\/p>\n\n\n\n
Los electrodos de hidrogel blando son una alternativa, ya que se adaptan mejor al movimiento del cuerpo. Sin embargo, los hidrogeles contienen agua y pueden resecarse con el uso prolongado. Al deshidratarse, pierden flexibilidad y adherencia. Incluso un electrodo bien fijado presenta otro punto d\u00e9bil: su conexi\u00f3n con los componentes electr\u00f3nicos r\u00edgidos que amplifican, procesan o transmiten la se\u00f1al. El estiramiento repetido puede da\u00f1ar esta conexi\u00f3n, provocando ruido o la p\u00e9rdida total de la se\u00f1al.<\/p>\n\n\n\n
Wanqing Zhang, candidata a doctora en ingenier\u00eda y mec\u00e1nica en Penn State y primera autora del estudio, afirm\u00f3 que la fabricaci\u00f3n convencional tambi\u00e9n crea lagunas antes de que comience la monitorizaci\u00f3n. As\u00ed pues, Zhang y sus colegas optaron por un camino diferente.<\/p>\n\n\n\n
“La mayor\u00eda de los electrodos comerciales se prefabrican en un laboratorio o f\u00e1brica y luego se aplican sobre la piel, lo que crea un espacio de aire entre la piel y el electrodo, lo cual afecta negativamente el rendimiento de detecci\u00f3n”, explic\u00f3 Zhang en un comunicado de prensa de Penn State. “Para solucionar esto, hemos desarrollado una tinta conductora que se puede aplicar directamente sobre la piel. Tras secarse, act\u00faa como un electrodo funcional”.<\/p>\n\n\n\n
En lugar de fabricar un electrodo en un lugar y colocarlo posteriormente, los investigadores formaron el dispositivo directamente sobre el usuario. Crearon una tinta a base de agua que contiene varios pol\u00edmeros, entre ellos PEDOT, un material similar al pl\u00e1stico que conduce la corriente el\u00e9ctrica. Otro ingrediente, llamado DBSA, ayuda al material a conducir la electricidad a la vez que mantiene su flexibilidad. El alcohol polivin\u00edlico, un pol\u00edmero blando de uso com\u00fan, ayuda a mantener la mezcla compacta.<\/p>\n\n\n\n
Los investigadores denominan a la formulaci\u00f3n WE-PPD, una abreviatura basada en sus ingredientes: agua, etanol, alcohol polivin\u00edlico, PEDOT y DBSA.<\/p>\n\n\n\n
Cuando est\u00e1 h\u00fameda, la tinta tiene una consistencia similar a la del pegamento. Se puede aplicar con un pincel y se seca en menos de 10 minutos, explica Zhang. El aire caliente de un secador de pelo puede acelerar a\u00fan m\u00e1s el proceso.<\/p>\n\n\n\n
Debido a que el l\u00edquido se asienta en los finos surcos de la piel antes de endurecerse, el electrodo final queda inusualmente cerca del cuerpo. El material seco tambi\u00e9n se vuelve gradualmente m\u00e1s grueso a medida que se aleja de la piel, en lugar de pasar abruptamente de una capa extremadamente blanda a una m\u00e1s r\u00edgida. Este gradiente de grosor distribuye la tensi\u00f3n mec\u00e1nica por todo el dispositivo. En esencia, se comporta como pintura, seg\u00fan los investigadores.<\/p>\n\n\n\n
\u201cLa tinta se comporta casi como pintura facial\u201d, afirm\u00f3 Huanyu \u201cLarry\u201d Cheng, autor principal del estudio y profesor de ingenier\u00eda en Penn State, en el comunicado de la universidad. \u201cInicialmente es casi transparente, pero se puede usar colorante alimentario para pigmentarla y obtener los colores necesarios para pintar cualquier dise\u00f1o que se tenga en mente, como un dibujo animado o Superman. Esto nos permite personalizar completamente la prenda seg\u00fan las preferencias de cada persona\u201d.<\/p>\n\n\n\n
Los dispositivos m\u00e9dicos pueden atraer atenci\u00f3n no deseada o generar ansiedad en los ni\u00f1os. Un sensor con forma de animal, emblema de superh\u00e9roe o tatuaje abstracto puede parecer m\u00e1s un accesorio que una intervenci\u00f3n cl\u00ednica. Los investigadores escribieron que los dise\u00f1os de dibujos animados pueden hacer que la monitorizaci\u00f3n fisiol\u00f3gica sea menos intimidante, especialmente (aunque no exclusivamente) para los ni\u00f1os. Sin embargo, esta no es la \u00fanica forma en que se puede utilizar este tipo de electrodo.<\/p>\n\n\n\n
Los investigadores probaron los electrodos en varias demostraciones dise\u00f1adas para reproducir movimientos cotidianos. En un experimento, un coautor us\u00f3 el sistema durante 12 horas mientras realizaba sus actividades diarias normales. Los electrodos pintados continuaron registrando el ECG del usuario, mostrando el ritmo el\u00e9ctrico del coraz\u00f3n.<\/p>\n\n\n\n
Otro participante hizo ejercicio mientras usaba el sistema. Durante una prueba en cinta rodante, la se\u00f1al de ECG mantuvo una consistencia del 95,1% antes y despu\u00e9s de una leve sudoraci\u00f3n, seg\u00fan informaron los investigadores.<\/p>\n\n\n\n
El equipo tambi\u00e9n pint\u00f3 electrodos en el antebrazo de un participante para registrar se\u00f1ales musculares. Un sistema de aprendizaje autom\u00e1tico aprendi\u00f3 a asociar esas se\u00f1ales con diferentes gestos de la mano y, posteriormente, las utiliz\u00f3 para controlar una mano rob\u00f3tica. Dicha interfaz podr\u00eda, en el futuro, servir de soporte para pr\u00f3tesis, herramientas de rehabilitaci\u00f3n o controles manos libres. Sin embargo, el experimento sigue siendo una demostraci\u00f3n inicial, no una pr\u00f3tesis cl\u00ednica terminada. Un sistema pr\u00e1ctico necesitar\u00eda reconocer gestos de forma fiable en diversos usuarios, posiciones del brazo, niveles de fatiga y condiciones ambientales.<\/p>\n\n\n\n
Los investigadores tambi\u00e9n registraron la actividad cerebral a trav\u00e9s del cabello. El cabello suele impedir que los electrodos planos alcancen el cuero cabelludo de manera uniforme, lo que debilita las se\u00f1ales de EEG. Un material que se pueda aplicar con un pincel podr\u00eda fluir alrededor de cada hebra y llegar a la piel con mayor eficacia.<\/p>\n\n\n\n
En \u00faltima instancia, sin embargo, su principal aplicaci\u00f3n es como sensor m\u00e9dico. Un sensor que se dobla, respira y parece un tibur\u00f3n de dibujos animados tiene m\u00e1s probabilidades de permanecer en su sitio y podr\u00eda ser m\u00e1s aceptable para muchos pacientes.<\/p>\n\n\n\n
El estudio\u00a0fue publicado<\/a>\u00a0en\u00a0PNAS.<\/p>\n\n\n\n